基于MSP430的心率检测系统硬件设计

电子设计大赛设计报告题目身体体征信号监测仪（C题）【本科组】组员：指导老师：摘要本身体体征信号监测仪是以MSP430单片机为控制核心，实现智能监测人体参数的多功能控制。

主要功能包括在自己设定的参数范围下，利用传感器采集人体物理参数实现自主测量、利用无线传输数据，当身体体征参数超出正常范围时能发出警示信号，并借助数据传输和通信平台紧急通知值班医生和亲朋好友，采取救治措施。

关键词 MSP40单片机、传感器、无线通信、报警目录摘要1系统方案1.1 单片机控制模块选择1.2 体温监测模块选择1.3 心率测量模块1.4 电源模块1.5 报警模块1.6 显示部分1.7 无线传输部分2系统理论分析与计算2.1 整体系统结构2.2 理论计算2.2.1 体温计算2.2.2 心率计算2.3 模块框图及电路原理 2.3.1 温度模块2.3.2 心率模块2.4 测试方案与测试结果 2.4.1 体温测量方案2.4.2 心率测量方案3 测试结果及分析3.1 体温测量结果3.2 心率测量结果身体体征信号监测仪（C题）【本科组】一系统方案本系统主要是由控制模块、体温监测模块、心率监测模块、呼吸频率检测模块、电源模块、报警模块及显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1 单片机控制模块选择方案一：使用51单片机作为控制器方案二：使用MSP430单片机作为控制器对于方案一，众所周知51单片机是一款入门级别单片机，因为它的资料非常多，非常利于入门的学习，但是这款单片机功耗高，有许多协议不支持。

所以是一块比较适合入门的单片机。

51单片机实物图所以，对于初学者和设计简单系统51单片机确实很理想的选择，但51单片机有很多致命的缺陷，例如1. 运行速度很慢，（因为是CISC（集中指令）结构，而且芯片为了抗干扰采用了12分频的方法）2. 所有的I/0口都是准双向口，I/0口的驱动能力弱。

（但是AT89的灌电流比较大，大概有20mA左右）3. 芯片里面的P0口没有上拉电阻（P1,P2,P3口有上拉电阻）如果要输出高电平或者要定义成输入口，一般要外接电阻上拉。

增益，Rg动态范围很大。

心电信号经过放大后仍需要二次放大，其电路采用普通的同相比例放大器经过二次放大后，所得信号可达4~5V.为消除50Hz工作频率的影响，采用传统的陷波器，抑制50Hz噪声。

陷波器有两种：一种是使用双由双T网络和运放组成；另一种是由带通滤波气和相加器组成。

文中使用的是带通滤波器和相加器构成的陷波器，如图2所示。

图2带通滤波器和相加器构成的陷波器U1信号加入进带通滤波器，使用双踪示波器观察U1和U2波形，调节滑动变阻器使得U2处50Hz信号最大，带通滤波器中心频率为50Hz,U1和U2信号等幅度反相位，信号U2进入加法器，微调变阻器使U3输出接近为零，抑制50Hz信号，这就完成了50Hz陷波。

由于模拟电路噪声的存在，50Hz仍然有微弱输出，可以通过数字滤波进行消除。

图3是50Hz陷波以后示波器观察的心电信号。

图4是50Hz陷波以后示波器观察的脉搏信号。

陷波以后的信号一路送往报警电路，一路送往单片机，进行采样处理。

图3心电信号图8单片机程序流程图使用定时器模拟串口通信协议，产生波特率9600bit·s-1.由于是16位A/D,每次传送8位到计算机，分两次传输，先传送高8位，然后传送低8位，采样率为64Hz。

3实验结果和PCB设计数据通过串口发送到计算机，没有数字滤波之前使用Matlab仿真现显示的波形如图9所示。

图9心电波形与正常电信号相比滤波之后能够反映出心脏的基本工作状况。

南于是数模混合电路，PCB 插卡的设计和调试较重要，数字地和模拟地应分开且单点连接。

CPLD和液晶在试验基板上，插卡只是整个大系统的一小部分。

4基于LabVIEW上位机设计设计了基于LabVIEW的上位机界面，LabVIEW是一种图形化程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用图形化编辑的G语言编写程序，产生的程序是框图形式。

基于MSP430的改进型心电仪摘要：本心电系统采用MSP430F149单片机为核心器件实现对放大的心电信号进行处理。

该系统的实现过程是先将采集到人体小的心电信号用仪表放大器进行放大，再进行高通、低通滤波，然后经过线性光耦TIL300进行信号隔离（改进的关键），最后将放大的心电信号输入MSP430F149单片机进行采样、数字滤波（虑除50Hz工频干扰）、LCD心电波形显示（或24C64存储、LCD回放波形、心率测量），还可以用此单片机控制DS1820进行体温测量。

此系统除LCD外，所有的芯片都是低功耗的（包括MSP430F149、仪表放大器INA128、OPA2604、OPA2132等），故可以作为便携仪器。

与以前没有用线性光耦进行信号隔离相比在噪声的处理上有了很大的改进。

关键词：线性光耦，数字滤波，放大器主题：心脏跳动产生的电信号，使身体不同部位的表面发生电位变化，将其记录下来即可得到心电图（Electrocardiogragh,ECG）。

人体心电信号的幅值约为20微伏―5毫伏，频带宽度为0.05――100Hz，心电信号源阻抗为1―50 千欧。

这三组基本参数是设计心电仪的主要依据。

相对于环境干扰，心电信号是非常微弱的，因此本系统设计的关键和难点在于抑制噪声，为防止前后电路间的信号干扰可以加信号隔离电路。

其主要原理如下：此系统硬件包括6大模块，分别是前置放大、滤波网络、后级放大、信号隔离、数字处理、波形显示。

各模块原理分别介绍。

一、前置放大。

前置放大电路是以TI公司的INA128仪表放大器位核心，其内部原理如图四所示。

INA128的主要特点是低漂移电压，高共模抑制比（120DB），宽供电范围（2.25――18V），并具有输入脚电压保护功能（40V）。

INA128的外部电阻设定脚上接入了不同阻值的电阻，可以完成1――10000放大倍率的设定，其带宽在增益Av＝100时，达到OPA组成右脚驱动电路来200kHZ,具有高增益带宽积。

基于MSP430的心率检测系统硬件设计The hardware circuit design of heart_rate detecting system base on MSP430摘要基于红外检测和MSP430单片机主控的便携式心率信号测试仪，采用红外对管和指脉测量原理采集人体心率信号，经放大、滤波、整形等信号调理，至单片机主控单元，对心率信号进行分析、处理，并通过LCD显示和语音提示，实现智能心率检测。

关键词：指脉测量；信号调理；心率检测。

Abstract The portable cardiotach ometer which base on infrared detecting and besubject to MSP430 single-chip microcomputer ,use the principle of infrared and thumb-pulse measure to detec heart-rate signal. The signal be treat with magnified, filter,Plastic etc. The main control unit of SCM process and analysis the heart-rate signal,Intelligent heart-rate detecting be realized by LCD display and voice clew.Key: Thumb-pulse measure; Signal process; Heart-rate detecting.目录1. 概述2 方案论证 .......................................................................2.1 传感器方案论证 ...........................................................2.2 前置放大器方案论证 .......................................................2.3 低通滤波器方案论证 .......................................................2.4 后级放大器方案论证 .......................................................2.5 整形电路方案论证 .........................................................2.6 心率信号处理方案论证 .....................................................3 整体方案设计 ...................................................................4 单元电路设计 ...................................................................4.1 传感器电路设计 ...........................................................4.2 前置放大器电路设计 .......................................................4.3 低通滤波器电路设计 .......................................................4.4 后级放大电路设计 .........................................................4.5 整形电路设计 .............................................................4.6 心率信号处理电路设计 .....................................................5 电路测试与数据分析 .............................................................5.1 测试仪器 .................................................................5.2 测试方法 .................................................................5.3 测试数据 .................................................................6 问题及处理 .....................................................................结论 ..........................................................................致谢 ..........................................................................参考文献一、概述统计表明，由心脏引发的多种突发性疾病，严重影响人们的身体健康。

基于MSP430F169的人体心率检测系统参赛队员：李培 李荣金 王德刚 年级： 光信息科学与技术0501 指导老师：李天博 陈坤华 学校：江苏大学 机械学院【摘 要】 介绍了一套基于MSP430F169的人体心率检测系统，给出了系统软硬件设计方法。

完成对人体心电波形的实时检测，存储和回放功能，实现心率的实时计算与显示。

系统具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低温漂和高信噪比等优点，且成本低、体积小、耗电少、携带方便。

关键词: MSP430F169 心率 实时检测 显示 存储【Abstract】 In this paper,the system composition and working principle of the human heart rate detection system based on MSP430F169 are introduced, and the methods of hardware and software design are presented. This system can accurately complete the human body ECG waveform of the real-time detection , storage and playback. The characteristics of this design show the merits of high input impedance, high CMRR, low noise, low temperature drift and high SNR(Signal-to-Noise Ratio). What's more,this system has the advantages of low cost, small volume, low power and being easy to carry. Key Key words words:: MSP430F169，heart rate，real-time detection，display and storage 1 系统简介系统简介随着生活水平的提高,健康监护越来越被人们所重视,为适应家庭等环境下的便利监护的需求,我们设计了这种便携式心电检测系统。

题目：基于MSP430的心电监控系统摘要（中英文）本项目以MSP430微控制器设计实现远程心电智能监护系统。

通过传感器从V1导联实时检测心电信号，用前置电路对信号进行放大，对放大后的模拟信号转换为数字信号输入到MSP430系统中。

在MSP430程序设计中，首先，用整数小波对信号滤波，并实时显示波形和心率；然后，程序智能地检测心律失常，如果检测到PVC或其他症状，则通过无线模块向基站、病人、或亲友报警。

It is developed an electrocardiogram (ECG) tele-monitoring intelligent diagnosis system on MSP430. It detects and amplifies the ECG signal at V1 lead, and the signal is converted to digital values as inputs for the MSP430 processor. For the development of the program in the system, firstly, it filters the digital signal with integer-wavelet and displays both ECG wave and heart rate on LCD in time. Secondly, the program detects signal intelligently, once the signal is classified as PVC or other symptoms, alarm messages are send to base station, patients or relatives.1.引言1.1 系统设计的背景与目的心电图（ECG信号）是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形。

基于MSP430单片机的便携式指端脉搏测量仪设计人体脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。

为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，文章设计一种基于MSP430单片机的指端脉搏波采集测量仪。

系统以MSP430单片机为核心，以红光二级管和光敏三极管作为脉搏传感器，检测的脉冲信号，经过处理和放大后，送至单片机处理，通过128*64液晶显示屏显示出脉搏跳动波形及心率动态显示，并设有脉搏次数上下门限报警功能，可将测量仪设置为监护状态或回放状态。

为保障续航能力，系统尽量降低功耗。

经测试，系统工作正常，达到设计要求。

标签：脉搏测量仪；MSP430单片机；液晶显示屏1 引言脉搏测量仪是用来测量人体脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，因此，在现代医学上具有重要的作用。

脉搏波所呈现出的形态（波形）、强度（波幅）、速率（波速）和节律（周期）等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征，因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。

2 设计思路随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。

当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大，这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。

利用波长600-1000nm的红光或红外发光二极管产生的光线照射到人体的手指尖、耳垂等部位，用装在该部位另一侧或同侧旁边的光电接收管来检测机体组织的透明程度，即可将搏动信息转换成电信号。

但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频弱信号，脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号，必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。

当检测到的信号通过跟随、放大滤波、整形等信号处理得到较好的波形，再送至单片机进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，进行数据理合、运算、存储，最后通过单片机端口串行输出到液晶显示屏实现脉搏跳动次数及动态波形的显示以及驱动蜂鸣器报警提示。

其中，为提高系统的集成度，减少电路成本与提高电路的可靠性，利用了Launch PadMSP430单片机系统的A/D转换器、FLASH存储器、比较器等内部资源。

基于MSP430的心电数字无线遥测系统
无线遥测产品的市场发展迅速，最近业界也掀起了一场无线应用的革命，无线遥测技术已经成为产品竞争力的一个重要因素。

从发展的角度来看，医疗监护产品的无线化、网络化是发展趋势，移动型、具备无线联网功能的监护产品将成为未来市场的主流，另外，telemedicine（远程医疗）的发展也将使无线监护与无线互联技术大有用武之地。

无线应用的前景广阔，因此研制开发无线监护产品势在必行。

在该系统中使用了TI公司的单片无线发送芯片trf4400和接收芯片
trf6900。

该芯片功耗低，抗干扰能力强，且使用ism频段，频率无需申请．可广泛应用于无线数据采集系统、无线监控系统、收费系统、智能卡、设备遥控等场合，应用前景十分广泛。

1．系统结构和功能概述
整个系统主要包括发射器，接收箱，pc终端显示，远程中央站等组。

关于如何MSP430和压电传感器设计的人体心率检测心率是描述心动周期的专业术语，指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。

心率测量是常用的医学检查项目之一，实时准确的心率测量在临床医学、老年人体征监测和竞技体育等方面具有重要意义和广泛应用。

正常情况下，成年人心率有显著的个体差异，一般安静时为60～100次/分，平均约75次/分。

心率可因年龄、性别及其他生理情况而改变。

同一个人，在安静或睡眠时心率慢，运动、情绪激动或突发病情时心率加快。

心动过速和过缓都会影响健康，尤其对老人和心脏有问题的人，心率是一个非常重要的参数。

因此，心率的精确检测具有重要意义，本文采用基于压电陶瓷传感器和超低功耗的MSP430单片机的小型便携式心率采集系统。

1 系统结构心率是人体非常重要的生理参数，而传统的脉诊由于其非定量和主观性影响了心率测试的精度，为了提高对心率监测的精度和监测的方便性，本系统采用压电陶瓷传感器和MSP430芯片组成测试系统。

通过ADC10片上温度传感器采集温度，就可以在数码管上显示。

同时SC0073压电陶瓷传感器采集的信号经滤波和放大后与设定压力阈值进行比较，对脉搏波信号进行处理，并根据处理结果进行精确计数和显示。

1.1 心率检测传感器目前用于检测心率的仪器比较多，常见的有基于压力传感器、电容传感器、光电传感器和电声传感器等类型的测试系统，但不同传感器对心率测试部位的要求不一。

常见的基于红外原理的传感器，主要依靠红外检测血流压力波动信号，即当血液输送到人体组织时，组织的半透明度会减小，当血液流回心脏时半透明度会增加，这种现象在指尖最为明显，红外检测虽然是一种较好的检测方法，但由于平时需要洗手以及劳动等因素，不便于长时间携带，无法长时间检测。

为便于长时间携带，本系统腕式结构设计。

为满足这一要求，本文采用压电陶瓷片采集脉搏信号，由于心脏的搏动，人体腕部的脉压波动相对明显，当脉搏跳动时，压电陶瓷片检测到相应的信号。

不易发现。

对于受检者在睡眠、各种活动、情绪激动等特定状态下出现的症状和变化，无法记录当时的心电图形。

１．２　Ｈｏｌｔｅｒ为了及时发现和治疗早期心脏病和各类隐性、偶发性心律失常、心肌局部缺血，就必须有一种心电图仪能携带在病人身上，在病人正常工作、生活的情况下，长时间地对病人进行检测，随时捕捉病人在工作紧张劳累、精神受到刺激等特殊状态下心脏发生的病变反应。

二十世纪五十年代末，美国科学家Ｈｏｌｔｅｒ首先发明了这种心电仪，人们叫它为Ｈｏｌｔｅｒ　心电仪或叫动态心电仪。

Ｈｏｌｔｅｒ系统是一种用随身佩带的记录仪，有以下特点：（１）随身佩带，不受检测距离、体位变化和活动的影响。

（２）心电信息量远远大于常规ＥＣＧ，连续记录２４小时以上的心电信号。

（３）选择导联必须不影响日常生活和防止由这种活动所产生的伪差和干扰，一般选择模拟胸导Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５作三通道同步记录。

（４）分析系统不仅可分析显示监测期内心搏总数、各种心率，并能自动分析和测量每小时室上性、室性期前收缩，室上性和室性心动过速的次数、程度和形态以及持续时间，房室传导阻滞、心脏停搏的情况及Ｐ－Ｒ间期、ＱＲＳ波群等，其结果可用不同方式输出，为临床提供有价值的资料。

传统的Ｈｏｌｔｅｒ记录仪一般采用磁带记基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９单片机的心脏健康实时监护系统的设计王青森 袁中凡 四川大学制造科学与工程学院 ６１００６５引言随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。

据统计，全世界死亡人数中有１／３的人死于心血管疾病。

在我国，心血管疾病死亡人数占总死亡人数的４０％，并且患病率、发病率及死亡率呈上升趋势。

所以人们对提高医疗保健水平的要求日益迫切。

心电图则是治疗此类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，故在现代医学中的位置越来越重要。

１、心电监护仪器的发展及特点１．１　心电图机心电图机属于医院中最常规的检测仪器。

基于MSP430的便携式脉搏测试仪系统的设计与实现基于MSP430的便携式脉搏测试仪系统的设计与实现本便携式脉搏测试仪基于光电脉搏检测原理，采用MSP430单片机板作为核心控制器。

该设计通过红外发光二极管发射红外光，红外光透过率的改变反映手指血液容量的周期性变化，由光敏三极管接收受调制的光信号，经过滤波、放大等处理后，通过单片机AD采样获取脉搏信号。

测试仪采用128X64点阵型LCD液晶显示器，实现了实时显示每分钟的脉搏数以及光电脉搏信号波形动态图。

在此基础上该系统还实现了自启动测量、自动待机、数据回放及脉搏报警等功能。

【关键词】脉搏光电MSP430单片机全球人口老龄化、人们生活水平提高和偏远地区对医疗服务需求增加等因素正促使传统医疗方式的变革，移动性和便携性逐步成为影响医疗电子产业的关键。

另一方面，半导体技术的发展推动医疗创新的步伐以前所未有的速度向前迈进，在快速处理计算、高精度模数转换和无线网络技术进步的带动下，医疗电子产品走向便携式和小型化成为现实。

本系统设计的便携式脉搏测试仪是基于光电脉搏检测原理，通过红外发光二极管发射红外光，红外光透过率的改变反映手指血液容量的周期性变化，由光敏三极管接收受调制的光信号，经过滤波、放大等处理后，通过单片机AD采样获取脉搏信号。

测试仪采用128X64 点阵型LCD液晶显示器，实现了实时显示每分钟的脉搏数以及光电脉搏信号波形动态图。

1系统的总体方案脉搏信号是动脉血管中血流量的变化信号，随着心脏的跳动，动脉血管中血流量发生有节奏的周期性变化，通过这一现象来测得脉搏波信号。

本系统利用红外光透过手指，将脉搏信号转换成光信号，再通过光敏三极管接收转换成为电信号，将电信号进行放大，滤除杂波, 经过整形，利用单片机控制，通过LCD显示屏显示被测信号。

系统总体框图如图1所示。

2系统的参数分析与计算2. 1脉搏信号参数分析脉搏每分钟跳动的次数是一项重要的生理参数，它反应人体心脏工作的频率。

基于MSP430的人体健康记录仪硬件系统设计作者：徐健余涛梅亚军来源：《电子科学技术》2016年第05期摘要：本文所述人体健康记录仪以低功耗控制器MSP430F169为核心，利用指夹透射式血氧探头在血液脉动变化时吸光强度不同的原理进行血氧饱和度测量。

系统记录动脉脉动的频率作为心率，通过温度传感器测量体温，利用加速度传感器实现运动计步，并根据相关算法进行热量消耗的测算。

所设计的人体健康记录仪能够及时记录人们关心的上述生理和运动参数，给使用者获得有益的健康指导。

关键词：MSP430；健康记录；血氧饱和度中图分类号：TP391.8 文献标识码： A 文章编号： 2095-8595 （2016） 05-578-04电子科学技术 URL： http// DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.05.010Abstract： With low power MCU MSP430F169 as the core controller， the human health recorder makes use of a transmissive finger photoelectric sensor which reflects different absorption intensity when blood pulsation to get the blood oxygen saturation （SpO2）and the pulsation frequency is detected as the heart rate. The recorder uses temperature sensor and acceleration sensor to measure body temperature and motion steps， and the calorie consumption is estimated according related algorithms. The human health recorder can record the physiological and exercise parameters which people care about in time， and give the user a good health guide.Key words： MSP430； Health Recorder； Blood Oxygen Saturation引言随着现代生活节奏的日益加快，人们越来越重视健康生活，特别需要根据自身的身体状态调整生活和运动方式。

开题报告电气工程与自动化基于MSP430F149的简易心电图仪设计一、选题的背景与意义课题来源：随着生活水平的显著提高，人们对健康的关注越来越高了。

无论是饮食、家居环境、生活习惯等方面，还是心理、生理方面的健康，人们都投注了很多的目光，越来越多的人希望能够通过简便的方式知道基本的身体状况。

因此各类人体生理监护仪开始出现并呈不断的增多的趋势。

心血管疾病是一种常见多发慢性疾病，由于病情隐蔽、发展危险性高等特点，使得心血管疾病成为死亡率最高的疾病之一，为当今社会的第一大健康杀手，及时发现和预防在减少心血管疾病危害中极为重要。

而心电图则是治疗此类疾病的主要依据，但是目前由于心电图仪的应用场合的限制和仪器的价格昂贵，使得病人得不到实时监控，这对病人的病情诊断和治疗是极为不利的。

因此，发展一种具有低功耗、便携式、低成本的心电图仪具有重要的意义和广阔的应用前景，其既能够为临床治疗提供有价值的诊断资料，同时对心脏疾病的早期预防和心脏功能的评估也非常有益。

国内外研究现状：由于心电图已经应用于各个层次的医疗机构的临床和科研中，特别是人们对其的深入认识和广泛用于临床的各个疾病。

由于心电图仪的非创伤性和多功能化，使心电图不局限与心脏疾患的范围，而且可用于临床电解质检测，非心脏病的鉴别诊断等。

随着人们生活节奏的加快和生活方式的改变，心血管疾病的发病率不断上升，心电图也在今后相当长的时间内更为重要。

心电图仪正朝着便携式，低功耗，多通道，数字智能型，网络共享等方向发展。

目前国内各大医疗器械厂商和科研单位都在心电图仪的开发上投入了大量的资源，并且都研发出了各具特色的心电仪产品，但是此类心电图仪还是没有得到很好的普及，究其原因，作者认为存在以下几个方面：体积笨重、不便于携带很难在急求状态下及时进行心电监护工作，而且这些心电图仪产品价格都十分昂贵，只有一些有实力的医院才有能力购买，对于一些规模有限的医疗机构或者个人则是沉重的负担，没有得到良好的普及。